Chapitre 9 – Système Limbique

Le système limbique est un moyen pratique de décrire plusieurs noyaux et structures corticales interconnectés fonctionnellement et anatomiquement situés dans le télencéphale et le diencéphale. Ces noyaux remplissent plusieurs fonctions, mais la plupart ont à voir avec le contrôle des fonctions nécessaires à l’auto-préservation et à la préservation des espèces. Ils régulent la fonction autonome et endocrinienne, en particulier en réponse à des stimuli émotionnels. Ils fixent le niveau d’excitation et sont impliqués dans la motivation et le renforcement des comportements. De plus, bon nombre de ces zones sont critiques pour certains types de mémoire. Certaines de ces régions sont étroitement liées au système olfactif, car ce système est essentiel à la survie de nombreuses espèces.

Les zones qui sont généralement incluses dans le système limbique se divisent en deux catégories. Certaines d’entre elles sont des structures sous-corticales, tandis que beaucoup sont des parties du cortex cérébral. Les régions corticales impliquées dans le système limbique comprennent l’hippocampe ainsi que des zones de néocortex, notamment le cortex insulaire, le cortex frontal orbital, le gyrus sous-calleux, le gyrus cingulaire et le gyrus parahippocampique. Ce cortex a été appelé le « lobe limbique » car il forme un rebord entourant le corps calleux, suivant le ventricule latéral. Les parties sous-corticales du système limbique comprennent le bulbe olfactif, l’hypothalamus, l’amygdale, les noyaux septaux et certains noyaux thalamiques, y compris le noyau antérieur et éventuellement le noyau dorsomédial.

Une façon dont le système limbique a été conceptualisé est le « cerveau ressentant et réagissant » qui est interposé entre le « cerveau pensant » et les mécanismes de sortie du système nerveux. Dans cette construction, le système limbique est généralement sous le contrôle du « cerveau pensant » mais peut évidemment réagir seul. De plus, le système limbique a son côté d’entrée et de traitement (le cortex limbique, l’amygdale et l’hippocampe) et un côté de sortie (les noyaux septaux et l’hypothalamus). La plupart de ces régions sont reliées par des voies qui sont illustrées à la figure 31.

Hypothalmus

L’hypothalamus, le nœud de sortie principal du système limbique, possède de nombreuses connexions importantes. Il est relié aux lobes frontaux, aux noyaux septaux et à la formation réticulaire du tronc cérébral via le faisceau médial du cerveau antérieur. Il reçoit également des entrées de l’hippocampe via le fornix et l’amygdale via deux voies (voie amygdalofugale ventrale et stria terminalis). L’hypothalamus a des centres impliqués dans la fonction sexuelle, la fonction endocrinienne, la fonction comportementale et le contrôle autonome.

Pour remplir ses fonctions essentielles, l’hypothalamus nécessite plusieurs types d’entrées. Il y a des entrées provenant de la majeure partie du corps ainsi que de l’olfaction, des viscères et de la rétine. Il dispose également de capteurs internes pour la température, l’osmolarité, la concentration en glucose et en sodium. De plus, il existe des récepteurs pour divers signaux internes, en particulier les hormones. Ceux-ci comprennent les hormones stéroïdes et d’autres hormones ainsi que des signaux internes (tels que les hormones impliquées dans le contrôle de l’appétit telles que la leptine et l’orexine).

L’hypothalamus influence fortement de nombreuses fonctions, notamment les fonctions autonomes, endocriniennes et les comportements. Les fonctions autonomes sont contrôlées par des projections vers le tronc cérébral et la moelle épinière. Il existe des zones localisées dans l’hypothalamus qui activeront le système nerveux sympathique et certaines qui augmenteront l’activité parasympathique. Les fonctions endocriniennes sont contrôlées soit par des connexions axonales directes à l’hypophyse postérieure (contrôle de la vasopressine et de l’ocytocine), soit par la libération de facteurs de libération dans le système porte hypothalamo-hypophysaire (pour influencer la fonction hypophysaire antérieure). Il existe également des projections de la formation réticulaire qui sont impliquées dans certains comportements, en particulier les réactions émotionnelles.

Certaines fonctions sont intrinsèques à l’hypothalamus. Ce sont des fonctions qui nécessitent une entrée directe dans l’hypothalamus et où la réponse est générée directement via des sorties hypothalamiques. Sont inclus des éléments tels que la régulation de la température et de l’osmolarité. Il existe de nombreuses fonctions où l’hypothalamus surveille le mélieu interne et produit une réponse régulatrice. Ceux-ci incluent la régulation des fonctions endocriniennes et de l’appétit. Par exemple, le noyau ventromédial de l’hypothalamus est considéré comme une zone de satiété, tandis que la zone hypothalamique latérale est un centre d’alimentation.

De plus, de nombreux comportements complexes sont modelés par l’hypothalamus, y compris les réponses sexuelles. La zone préoptique est l’une des zones de plus grand dimorphisme sexuel (i.e., différence de structure entre les sexes) et, avec les noyaux septaux, est une zone de projections d’hormones libérant des gonadotrophines dans la région d’éminence médiane de l’hypothalamus. Ces réponses sexuelles impliquent des réponses autonomes, endocriniennes et comportementales.

Enfin, le noyau suprachiasmatique reçoit une entrée rétinienne directe. Ce noyau est responsable de l’entraînement des rythmes circadiens au cycle jour-nuit.

Amygdale

L’amygdale est une structure importante située dans le lobe temporal antérieur au sein de l’uncus. L’amygdale établit des connexions réciproques avec de nombreuses régions du cerveau (figure 32), notamment le thalamus, l’hypothalamus, les noyaux septaux, le cortex frontal orbital, le gyrus cingulaire, l’hippocampe, le gyrus parahippocampique et le tronc cérébral. Le bulbe olfactif est la seule zone qui entre dans l’amygdale et ne reçoit pas de projections réciproques de l’amygdale.

L’amygdale est un centre essentiel pour coordonner les réponses comportementales, autonomes et endocriniennes aux stimuli environnementaux, en particulier ceux à contenu émotionnel. Il est important pour les réponses coordonnées au stress et intègre de nombreuses réactions comportementales impliquées dans la survie de l’individu ou de l’espèce, en particulier au stress et à l’anxiété. Les lésions de l’amygdale réduisent les réponses au stress, en particulier les réponses émotionnelles conditionnées. La stimulation de l’amygdale produit une excitation comportementale et peut produire des réactions de rage dirigées.

Divers stimuli produisent des réponses médiées par l’amygdale. La convergence des intrants est importante car elle permet la génération de réponses émotionnelles apprises à une variété de situations. L’amygdale répond à une variété de stimuli émotionnels, mais surtout à ceux liés à la peur et à l’anxiété.

Hippocampe

L’hippocampe est une ancienne zone du cortex cérébral qui comporte trois couches. Celui-ci est situé dans l’aspect médial du lobe temporal, formant la paroi médiale du ventricule latéral dans cette zone. L’hippocampe a plusieurs parties. Le gyrus denté contient des cellules granulaires densément emballées. Il existe une zone incurvée du cortex appelée Cornu Ammonis (CA) qui est divisée en quatre régions appelées champs de CA. Ceux-ci sont désignés comme CA1 à CA4. Ceux-ci contiennent des cellules pyramidales proéminentes. Les champs de CA se fondent dans le subiculum adjacent, qui, à son tour, est connecté au cortex entorhinal sur le gyrus parahippocampique du lobe temporal.

Il existe plusieurs sources d’afférences hippocampiques. Ceux-ci proviennent principalement du septum et de l’hypothalamus via le fornix et du cortex entorhinal adjacent. Cette région corticale reçoit l’entrée des zones diffuses du néocortex, en particulier du cortex limbique, et de l’amygdale. Le cortex entorhinal se projette vers le gyrus denté de l’hippocampe via la voie perforante, en synapse sur les cellules granulaires. Ces cellules granulaires se connectent à des neurones pyramidaux dans la région CA3, qui, à leur tour, se projettent par des collatéraux de Sheaffer sur les cellules pyramidales CA1. Ce sont ces dernières cellules qui donnent principalement naissance au fornix. La physiologie de ces voies a été largement étudiée, notamment en termes de modifications physiologiques à long terme associées à la mémoire. Les neurones de l’hippocampe ont été largement étudiés en termes de potentialisation à long terme. Cela nécessite l’activation des récepteurs du glutamate et entraîne des changements à long terme de l’excitabilité neuronale par le biais d’effets physiologiques médiés par le calcium.

Les sorties de l’hippocampe passent principalement par deux voies. La première de ces sorties passe par le fornix. Ces fibres se projettent vers les corps mamillaires via le fornix post-commissural, vers les noyaux septaux, vers le noyau préoptique de l’hypothalamus, vers le striatum ventral et vers des parties du lobe frontal à travers le fornix précommisural. Il y a un grand nombre de projections de l’hippocampe vers le cortex entorhinal.

La figure 31 illustre bon nombre des voies importantes du système limbique. Notez que l’hippocampe a des connexions réciproques avec le cortex ainsi que des sorties le long du fornix. Historiquement, la boucle commençant par l’hippocampe se projetant vers les corps mamillaires, avec relais vers le noyau thalamique antérieur, puis le gyrus cingulaire, le cortex entorhinal et le retour vers l’hippocampe était considérée comme un circuit important. Cela a reçu le nom de « circuit de Papez ». La nature circulaire de cette connexion ne semble cependant pas avoir de signification fonctionnelle.

L’hippocampe a plusieurs fonctions. Il aide à contrôler la production de corticostéroïdes. Il a également une contribution significative à la compréhension des relations spatiales au sein de l’environnement. De plus, l’hippocampe est impliqué de manière critique dans de nombreuses fonctions de mémoire déclarative.

Il existe plusieurs types de mémoire. La mémoire explicite ou déclarative fait référence à la mémoire de faits et d’événements. Toute mémoire qui peut être complètement expliquée par des mots est de ce type. La mémoire implicite ou non déclarative, cependant, est également très importante. L’apprentissage de compétences ainsi que l’apprentissage associatif, tels que les réponses conditionnées et émotionnelles, sont des exemples courants de mémoire non déclarative ou implicite. La mémoire explicite dépend du lobe temporal médial et de la relation entre l’hippocampe et la région entorhinale du gyrus parahippocampique.

Il y a plusieurs zones impliquées dans la mémoire explicite. L’hippocampe joue un rôle essentiel dans la mémoire à court terme, ce qui est absolument nécessaire pour établir des modèles de mémoire à long terme. Les lésions de l’hippocampe n’affectent pas les souvenirs anciens et établis. Ces lésions affectent le nouvel apprentissage déclaratif. En fin de compte, le stockage de la mémoire est transféré vers d’autres zones du cortex cérébral, et l’emplacement de codage de ces mémoires peut être fonction du type de mémoire. Les mémoires établies impliquent des zones d’association dans le lobe frontal et le cortex d’association pariéto-temporo-occipital.

L’hippocampe n’est pas seulement actif dans le codage des mémoires mais aussi dans leur récupération. L’activation de l’hippocampe peut être vue dans ce cas d’apprendre de nouveaux environnements et de retrouver des directions.

Cortex limbique

Le cortex préfrontal est antérieur au cortex prémoteur. Le cortex frontal orbital est la partie au-dessus des orbites. Cette partie du cortex est extrêmement bien développée chez l’homme et est essentielle au jugement, à la perspicacité, à la motivation et à l’humeur. Il est également important pour les réactions émotionnelles conditionnées. Le cortex préfrontal reçoit l’entrée des autres zones du cortex limbique, de l’amygdale et des noyaux septaux et a des connexions réciproques avec chacune de ces zones et avec le noyau dorsomédial du thalamus.

Les dommages à la zone préfrontale entraînent des difficultés de raisonnement abstrait, d’humeur de jugement et de résolution d’énigmes. L’effet des lésions du lobe frontal sur l’humeur dépend de la partie spécifique du cortex préfrontal endommagée. Le comportement du patient est souvent décrit comme sans tact. En outre, cette partie du cortex peut également être fortement affectée par l’alcool.

La fonction du cortex préfrontal est anormale dans les troubles de l’humeur. La dépression est le plus souvent associée à une activité accrue dans des parties du lobe frontal, en particulier les régions médiales, y compris la partie sous-géniale du cortex cingulaire antérieur, et à une diminution de l’activité dans le gyrus cingulaire postérieur.

L’olfaction établit de fortes connexions avec les parties antérieures du lobe temporal et de l’amygdale. Le cortex olfactif est structurellement plus simple que les autres parties du cortex cérébral et est appelé allocortex (voir section XI). Il comprend le cortex prépiriforme et périamygdaloïde qui comprend la partie antérieure du gyrus parahippocampique recouvrant l’uncus. Chez certaines espèces, bien sûr, l’olfaction est plus importante que chez d’autres. Les filaments olfactifs traversent la plaque cribiforme et synapse avec les cellules mitrales des bulbes olfactifs. Les axones de ces cellules constituent le tractus olfactif qui s’étend aux structures temporales antérieures de manière bilatérale ainsi qu’au cerveau antérieur basal.

Les signaux olfactifs sont relayés vers plusieurs autres régions du cerveau après leur terminaison initiale dans le cortex olfactif. Le cortex olfactif affecte le lobe frontal par des connexions avec le noyau dorsomédial du thalamus. Les projections du cortex olfactif à l’amygdale peuvent influencer les réactions émotionnelles et endocriniennes, en particulier via des connexions avec l’hypothalamus.

Il existe plusieurs syndromes intéressants qui élucident des aspects des fonctions limbiques. Le syndrome de Kluver-Bucy se produit avec des lésions bilatérales des lobes temporaux. Il bloque les réponses émotionnelles chez les animaux, qui deviennent assez dociles. Ils n’ont pas peur des choses auxquelles leur espèce devrait réagir, par exemple, dans le cas d’un singe, une longueur de corde. Les animaux deviennent hypersexuels et adoptent un comportement d’exploration compulsif, en particulier avec la bouche.

Comme décrit précédemment, il existe des voies à travers le cerveau antérieur qui sont impliquées dans le renforcement des comportements et dans la « récompense ». La stimulation électrique de ces sites renforce fortement le comportement. Beaucoup de ces voies impliquent la dopamine et sont généralement affectées par les drogues de dépendance. L’accoutumance dans ces voies avec l’administration chronique de drogues addictives est l’une des cibles les plus importantes de la recherche sur la toxicomanie. la figure 26 montre les projections striatales ventrales vers le pallidum ventral qui, à son tour, se projette à travers le noyau dorsomédial du thalamus vers les zones limbiques du cortex. Le striatum ventral se compose principalement du noyau accumbens, qui est une cible importante des projections dopaminergiques de la région tegmentale ventrale.

Divers composés addictifs affectent l’activité de la transmission de la dopamine dans le noyau accumbens (mésolimbique) et les systèmes corticaux frontaux (mésocorticaux). De plus, ces voies semblent être fonctionnellement déséquilibrées chez les patients atteints de schizophrénie. Il semble que les patients atteints de schizophrénie ont diminué les effets de la dopamine via les systèmes mésocorticaux jusqu’au cortex préfrontal. Cela pourrait produire des symptômes tels que le retrait social et une diminution de la réactivité émotionnelle. Parallèlement, il y a une augmentation relative des effets de la dopamine via le système mésolimbique par rapport au système striatal ventral, entraînant des symptômes positifs de délires et d’hallucinations.